DE102011080132A1

DE102011080132A1 - Wälzlager, insbesondere für den Einsatz bei höheren Temperaturen

Info

Publication number: DE102011080132A1
Application number: DE201110080132
Authority: DE
Inventors: Thomas Dittenhöfer; Kerem Köksal; Oliver Leitholdt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2013-01-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, umfassend einen ersten Lagerring (2), einen zweiten Lagerring (3), mindestens einen Wälzkörper (4), dessen Oberfläche mit einer Laufbahn eines der beiden Lagerringe (2, 3) einen Rollkontakt ausbildet, und einen Käfig (5), der den mindestens einen Wälzkörper (4) führt. Die Aufgabe, ein insbesondere für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignetes, mit einem Festschmierstoff versehenes Wälzlager anzugeben, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Käfig (5) aus einem temperaturbeständigen Kunststoff gefertigt ist, und dass in den Kunststoff des Käfigs (5) ein Festschmierstoff (6) eingelagert ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Aus dem Stand der Technik sind Wälzlager bekannt, die zwei Lagerringe, mindestens einen Wälzkörper und einen Käfig umfassen, wobei der Käfig den mindestens einen Wälzkörper führt, und wobei eine Oberfläche des mindestens einen Wälzkörpers einen Rollkontakt mit mindestens einer Laufbahn eines der beiden Lagerringe ausbildet. Um im Bereich des Rollkontaktes die Reibung sowie einen Verschleiß zu vermindern, ist es bekannt, ein Schmiermittel, beispielsweise ein Schmierfett oder ein Schmieröl, vorzusehen.
Es sind ferner Anwendungen von Wälzlagern bekannt, bei denen im Bereich des Wälzlagers höhere Temperaturen, beispielsweise ca. 200 °C, auftreten. Eine solche Anwendung ist beispielsweise die Lagerung einer Spurkranzrolle eines Waffelbackautomaten, wobei die Spurkranzrolle eine Verschiebung des Waffelbackautomaten entlang einer Führung ermöglicht.
Bei Temperaturen im Bereich von ca. 200 °C sind übliche Schmierfette bzw. Schmieröle nicht mehr temperaturbeständig und fallen als Schmiermittel aus. Statt dessen sind Festschmierstoffe, beispielsweise Graphit, Molybdändisulfid, Wolframdisulfid oder Polytetrafluorethylen (PTFE) bekannt, die als Partikel eine Schmierung im Bereich des Rollkontaktes bewirken können. Problematisch ist aber eine angemessene, nicht zu hohe und über einen langen Zeitraum annähernd konstante Dosierung der Partikel des Festschmierstoffs.
WO 2008/119322 A1 beschreibt ein Wälzlager, insbesondere für den Einsatz bei hohen Temperaturen, mit zwei Lagerringen, mindestens einem Wälzkörper und einen Käfig, der den mindestens einen Wälzkörper führt, wobei eine Oberfläche des Wälzkörpers einen Rollkontakt mit den beiden Laufbahnen der beiden Lagerringe ausbildet. Es ist ein Festschmierstoff vorgesehen, dessen Partikel in den Käfig eingelagert sind; der Käfig besteht hierzu aus einem gesinterten Bronze-, Eisen- oder Nickelhybridwerkstoff. Ein derartiger gesinterter metallischer Käfig ist im Betrieb des Wälzlagers nicht ausreichend stabil und aufgrund des hohen Gewichtes für hohe Drehzahlen wenig geeignet. Mit zunehmender Laufzeit erhöht sich der Abrieb und damit die in dem Wälzlager vorhandene Mengen an Graphit, was zu einer ungewünschten Zunahme des Reibmomentes führt.
DE 2 210 299 A beschreibt ein Wälzlager für den Einsatz bei höheren Temperaturen mit einem Käfig, in den Graphit als Festschmierstoff eingelagert ist, wobei der Graphit in einer Kupfer-Zinn-Bronze, einer Eisen-Nickel-Legierung oder einer Eisen-Kupfer-Legierung aufgenommen ist, in die sechs Gewichtsprozent Graphit und vier Gewichtsprozent eines weiteren Festschmierstoffs, nämlich Molybdändisulfid, eingelagert ist. Die Graphitpartikel weisen eine große Korngröße von ca. 200 Mikrometern und die Molybdändisulfid-Partikel eine ebenfalls recht große Korngröße von ca. 40 Mikrometern auf.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein insbesondere für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignetes, mit einem Festschmierstoff versehenes Wälzlager anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das eingangs genannte Wälzlager dadurch gelöst, dass der Käfig aus einem temperaturbeständigen Kunststoff gefertigt ist, und dass in den Kunststoff des Käfigs ein Festschmierstoff eingelagert ist.
Der Käfig weist aufgrund des geringen spezifischen Gewichtes des Kunststoffes im Vergleich zu metallischen, auch gesinterten, Werkstoffen ein geringes Gewicht auf, so dass das Wälzlager insbesondere für hohe Drehzahlen geeignet ist.
Der Festschmierstoff ist in den Käfig fest eingelagert und wird nur langsam freigesetzt; insbesondere tritt kein körniger Abrieb aus dem Kunststoff-Material der Kunststoff-Matrix des Käfigs auf, wobei in die Kunststoff-Matrix der Festschmierstoff eingelagert ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Festschmierstoff Graphit, insbesondere lamellarer Graphit, ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Festschmierstoff als Partikel mit einem Durchmesser von einigen Mikrometern vorliegt. Die Partikel sind dabei in der Kunststoff-Matrix des Käfigs verteilt und fest eingelagert aufgenommen. Die Dichte der Partikel in dem Kunststoff kann konstant sein oder aber zu der Oberfläche des Käfigs hin zunehmen; insbesondere kann die Dichte der Partikel an solchen Abschnitten der Oberfläche des Käfigs, die einem besonderen Verschleiß bzw. einer erhöhten Reibung unterliegen, erhöht sein.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in dem Kunststoff Verstärkungsfasern angeordnet sind. die Verstärkungsfasern stabilisieren den Käfig, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, wenn bestimmte Kunststoffe erweichen könnten. Als Material für derartige Verstärkungsfasern ist beispielsweise Glasfaser bekannt.
Hinsichtlich des Materials der Verstärkungsfasern ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Verstärkungsfasern aus Kohlenstoff oder aus Polytetrafluorethylen-Fasern bestehen. Wird im Betrieb eine Verstärkungsfaser teilweise abgetragen, bilden die Abtrag-Partikel einen Festschmierstoff aus, beispielsweise Graphit-Partikel, wenn die Verstärkungsfasern aus Kohlenstoff ausgebildet sind, oder Polytetrafluorethylen(PTFE)-Partikel, so dass der Abtrag eine zusätzliche Schmierung bewirkt, die die Wirkung des in dem temperaturbeständigen Kunststoffs angeordneten Festschmierstoffs ergänzt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Wälzkörper ein von dem Material der Laufbahn der Lagerringe abweichendes Oberflächenmaterial aufweist. Dabei wird ein Adhäsionsverschleiß herabgesetzt, wobei diese Wirkung auch bei nur sehr geringer Menge an Festschmierstoff, insbesondere an Graphit, auftritt.
Hinsichtlich der Ausbildung des von dem Material der Laufbahn der Lagerringe abweichenden Oberflächenmaterials des Wälzkörpers ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Oberfläche des Wälzkörpers durch Verchromen behandelt ist.
Hinsichtlich der Ausbildung des von dem Material der Laufbahn der Lagerringe abweichenden Oberflächenmaterials des Wälzkörpers ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Wälzkörper eine keramische Oberfläche, insbesondere eine oxidkeramische Oberfläche, oder eine Oberfläche aus Chromoxid, aufweist. Der Wälzkörper kann vollständig aus einem keramischen Werkstoff ausgebildet sein, oder aber nur eine keramische Beschichtung, bzw. eine Beschichtung aus Chromoxid, an der Oberfläche aufweisen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Laufbahn mindestens eines der beiden Lagerringe, insbesondere beider Lagerringe, eine Phosphatierung, insbesondere eine Manganphosphatierung, aufweist. Die Phosphatierung, insbesondere die Manganphosphatierung, verbessert das Einlaufverhalten des Wälzlagers und wirkt einer Korrosion entgegen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der temperaturbeständige Kunststoff ein Polyetheretherketon bzw. ein Polytetrafluorethylen ist.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben und erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ausschnittsweise eine teilweise geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wälzlagers.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein als einreihiges Kugellager ausgebildetes Wälzlager 1, umfassend einen feststehenden ersten, inneren Lagerring 2 und einen drehenden zweiten, äußeren Lagerring 3, wobei zwischen den beiden Lagerringen 2, 3 mehrere Wälzkörper angeordnet sind, deren einer mit dem Bezugszeichen ‚4’ ausgewiesen ist. Die Wälzkörper 4 werden in einem Käfig 5 geführt, der aus einem temperaturbeständigen Kunststoff, nämlich aus Polyetheretherketon (Handelsname PEEK) ausgebildet ist.
In den Kunststoff des verwendeten Käfig 5 ist ein Festschmierstoff, nämlich Graphit, eingelagert, der als lamellarer Graphit und als Partikel mit einem Durchmesser von einigen Mikrometern vorliegt; dabei ist einer der stark vergrößert und schematisch dargestellten Partikel mit dem Bezugszeichen ‚6’ ausgewiesen. Die Partikel 6 des Festschmierstoffs sind in dem Kunststoff des Käfig 5 homogen verteilt.
In den Kunststoff des Käfig 5 sind Verstärkungsfasern eingelagert, nämlich Verstärkungsfasern aus Kohlenstoff, deren eine mit dem Bezugszeichen ‚7’ versehen ist, und Partikel aus Polytetrafluorethylen (PTFE), deren einer mit dem Bezugszeichen ‚8’ ausgewiesen ist.
Die Partikel 6 des Festschmierstoffs, die Verstärkungsfasern 7 aus Kohlenstoff und die Partikel 8 aus PTFE nehmen jeweils ca. 10 Prozent des Volumens des Käfigs ein und sind in der Matrix aus dem temperaturbeständigen Kunststoff homogen verteilt aufgenommen.
Eine Oberfläche des Wälzkörpers 4 bildet im Betrieb des Wälzlagers 1 einen Rollkontakt mit einer jeden der beiden Laufbahnen der Lagerringe 2, 3 aus. Die beiden Laufbahnen der Lagerringe 2, 3 bestehen dabei aus Wälzlagerstahl. Der Wälzkörper 4 weist ein von dem Material der Laufbahnen der Lagerringe 2, 3 abweichendes Oberflächenmaterial auf; insbesondere ist die Oberfläche des Wälzkörpers 4 durch Verchromen behandelt und weist eine bei dem Verchromen erzeugte Beschichtung auf.
Das Oberflächenmaterial des Wälzkörpers 4 ist in einer Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels eine Keramik, wobei die Keramik entweder nur als Beschichtung an der Oberfläche des Wälzkörpers 4 vorgesehen ist, oder der Wälzkörper 4 insgesamt aus der Keramik ausgebildet ist.
Die Laufbahnen beider Lagerringe 2, 3 weist eine Phosphatierung, nämlich eine Mangan-Phosphatierung, auf.
Das dargestellte Wälzlager 1 ist für Betriebstemperaturen von ca. 200 °C vorgesehen, insbesondere als Lagerung einer Spurkranzrolle eines Waffelbackautomaten.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: erster, innerer Lagerring
3: zweiter, äußerer Lagerring
4: Wälzkörper
5: Käfig
6: Partikel des Festschmierstoffs
7: Verstärkungsfaser Kohlenstoff
8: Partikel PTFE

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2008/119322 A1 [0004]
DE 2210299 A [0005]

Claims

Wälzlager, umfassend einen ersten Lagerring (2), einen zweiten Lagerring (3), mindestens einen Wälzkörper (4), dessen Oberfläche mit einer Laufbahn eines der beiden Lagerringe (2, 3) einen Rollkontakt ausbildet, und einen Käfig (5), der den mindestens einen Wälzkörper (4) führt, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (5) aus einem temperaturbeständigen Kunststoff gefertigt ist, und dass in den Kunststoff des Käfigs (5) ein Festschmierstoff (6) eingelagert ist.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Festschmierstoff (6) Graphit, insbesondere lamellarer Graphit, ist.
Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Festschmierstoff als Partikel (6) mit einem Durchmesser von einigen Mikrometern vorliegt.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kunststoff Verstärkungsfasern (7) angeordnet sind.
Wälzlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (7) aus Kohlenstoff bestehen.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper (4) ein von dem Material der Laufbahn der Lagerringe (2, 3) abweichendes Oberflächenmaterial aufweist.
Wälzlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Wälzkörpers (4) durch Verchromen behandelt ist.
Wälzlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper eine keramische Oberfläche, insbesondere eine oxidkeramische Oberfläche, oder eine Oberfläche aus Chromoxid, aufweist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahn mindestens eines der beiden Lagerringe (2, 3), insbesondere beider Lagerringe (2, 3), eine Phosphatierung, insbesondere eine Manganphosphatierung, aufweist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der temperaturbeständige Kunststoff ein Polyetheretherketon bzw. ein Polytetrafluorethylen ist.